(57)【要約】【課題】安定な単一モード発振を維持しつつ、波長可変幅を調整し得ることが可能な可変波長レーザを提供する。【解決手段】光軸方向に交互に配置された、利得を発生しうる利得導波路１０１ａと電流注入によって発振波長を制御しうる波長制御導波路１０１ｂとを有する光導波路１０１と、光導波路１０１に沿って設けられた回折格子１０２とを備え、一対の利得導波路１０１ａ及び波長制御導波路１０１ｂにおいて、それらの光軸方向の長さが相互に異なり、かつ光軸方向の長さに応じて、対応する回折格子１０２ａ、１０２ｂの結合係数が調整されている。【選択図】図５
2007258592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向に交互に配置された、利得を発生しうる利得導波路と電流注入によって発振波長を制御しうる波長制御導波路とを有する光導波路と、
前記光導波路に沿って設けられた回折格子とを備え、
一対の前記利得導波路及び波長制御導波路において、それらの光軸方向の長さが相互に異なり、かつ前記光軸方向の長さに応じて、対応する前記回折格子の結合係数が調整されていることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項２】
前記利得導波路の長さ(La)に対する前記波長制御導波路の長さ(Lt)の比率(A=Lt/La)が１より大きく、かつ、前記利得導波路に沿う回折格子の結合係数(κa)に対する前記波長制御領域に沿う回折格子の結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が1/Aより大きく、かつ１より小さいことを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項３】
前記利得導波路の長さ(La)に対する前記波長制御導波路の長さ(Lt)の比率(A=Lt/La)が１より小さく、かつ、前記利得導波路に沿う回折格子の結合係数(κa)に対する前記波長制御導波路に沿う回折格子の結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が１より大きく、かつ1/Aより小さいことを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項４】
前記利得導波路に沿う部分と前記波長制御導波路に沿う部分とで、前記回折格子層の厚さが異なることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の波長可変レーザ。
【請求項５】
前記利得導波路に沿う部分と前記波長制御導波路に沿う部分とで、前記回折格子のデューティ比が異なることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用の光源として用いられる波長可変レーザに係り、より詳しくは、発振波長を広範囲かつ高速に変化させることができる波長可変レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化することで一本の光ファイバで大容量伝送が可能となる波長多重通信システム（ＷＤＭシステム）の開発が進んでいる。このような波長多重通信システムにおいて、柔軟かつ高度な通信システムを実現する上で、広い波長範囲で高速に所望の波長を選択できる波長可変レーザが強く求められている。
【０００３】
広帯域な波長可変レーザを実現する手段として、１つの素子の中に、数ｎｍ〜十数ｎｍの波長可変範囲を持つ波長可変レーザを複数集積するという、図１に示すようなアレイ集積型の波長可変レーザが特許文献４などに提案されている。このようなアレイ集積型の波長可変レーザにおいて、広帯域かつ高速波長可変動作を実現するためには、１つ１つのレーザの波長可変範囲が広く、かつ波長可変動作が速いことが要求される。
【０００４】
上記のアレイ集積型の波長可変レーザに用いることができる波長可変レーザとして、特許文献１、特許文献２、特許文献３、非特許文献１のようなＤＦＢレーザ(分布帰還形レーザ：Distributed Feed Back Laser)や、特許文献４のようなＤＢＲレーザ(分布反射形レーザ：Distributed Bragg Reflector Laser)がある。
【０００５】
これらのうち、非特許文献１のＴＤＡ(Tunable Distributed Amplification)−ＤＦＢレーザでは、光導波路は、利得を発生する利得導波路と、電流注入などにより導波路の屈折率を変えて発振波長を変化させる波長制御導波路とが光軸方向に交互に周期的に並んだ構造になっている。さらに、導波路近傍に導波路に沿って回折格子が形成されている。なお、以下、利得導波路とこれに沿って配置された回折格子とを含む領域を利得領域と称し、波長制御導波路とこれに沿って配置された回折格子とを含む領域を波長制御領域と称する。
【０００６】
このＴＤＡ−ＤＦＢレーザでは、波長制御領域の屈折率を電流注入などによって変化させることにより、高速でかつ連続的に発振波長を変化させることができる。
【特許文献１】特開２００３−１９８０４９号公報
【特許文献２】特許２８０４８３８号
【特許文献３】特開平１１−２３８９４３号公報
【特許文献４】特開平７−２７３４００号公報
【非特許文献１】Hiroyuki Ishii, Yasuhiro Kondo, Fumiyoshi Kano, and Yuzo Yoshikuni 'A Tnanble Distributed Amplification DFB Laser Diode (TDA-DFB-LD)' IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, No. 1, January 1998, pp 30-32
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、非特許文献１によれば、以下の式にしたがって、ブラッグ波長(λB)及び共振縦モード波長(λC)を変化させ得ることが記載されている。
【０００８】
ΔλB／λB＝ΔλC／λC＝Γi・Δｎeff／ｎeff
＝Ｌt／（Ｌt＋Ｌa）・Δｎeff／ｎeff  （１）
ここで、ΔλB／λBはブラッグ波長の変化割合、ΔλC／λCは共振縦モード波長の変化割合、Γiは波長制御導波路の光軸方向の光閉じ込め係数(longitudinal confinement factor for the tuning sections)であり、波長制御導波路の光軸方向の長さをＬtとし、利得導波路の光軸方向の長さをＬaとした場合に、Ｌt／（Ｌt＋Ｌa）で表される。また、ｎeffは光導波路の等価屈折率、Δｎeffは等価屈折率差を示す。上記式（１）で示されるようにブラッグ波長の変化の割合と共振縦モードの変化の割合が一致するため、モードホッピングなしで発振波長を変化させることができる。
【０００９】
この式は、利得導波路の光軸方向の長さ(Ｌa)に対して波長制御導波路の光軸方向の長さ(Ｌt)を調整すれば、波長可変幅(ΔλB)を調整し得ることを示している。
【００１０】
しかしながら、利得導波路の光軸方向の長さ(Ｌa)と波長制御導波路の光軸方向の長さ(Ｌt)が異なる場合、安定な単一モード発振が困難になる恐れがある。
【００１１】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みて創作されたもので、安定な単一モード発振を維持しつつ、波長可変幅を調整し得ることが可能な可変波長レーザを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点によれば、光軸方向に交互に配置された、利得を発生しうる利得導波路と電流注入によって発振波長を制御しうる波長制御導波路とを有する光導波路と、前記光導波路に沿って設けられた回折格子とを備え、一対の前記利得導波路及び波長制御導波路において、それらの光軸方向の長さが相互に異なり、かつ前記光軸方向の長さに応じて、対応する前記回折格子の結合係数が調整されている波長可変レーザが提供される。
【００１３】
本発明の波長可変レーザにおいて、一対の利得導波路及び波長制御導波路の光軸方向の長さ(La, Lt)が相互に異なるようになされることにより波長可変幅を調整することができる。その場合、光軸方向の長さ(La又は Lt)が長い方に対応する回折格子の結合係数(κa又はκt)を小さくすると、その回折格子からのフィードバック量が小さくなり、そのため、利得導波路及び波長制御導波路にそれぞれ対応する回折格子からのフィードバック量を近づけることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の波長可変レーザによれば、利得導波路及び波長制御導波路にそれぞれ対応する回折格子からのフィードバック量を近づけることができるので、発振モードに対してより対称に副モードが立つようになるため、副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）が改善され、その結果、安定な単一モード発振を得ることができる。
【００１５】
特に、利得導波路の長さ(La)に対する波長制御導波路の長さ(Lt)の比率(A=Lt/La)を１より大きくした場合、利得導波路に沿う回折格子の結合係数(κa)に対する波長制御領域に沿う回折格子の結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が1/Aより大きく、かつ１より小さくなるようにすることで、波長可変範囲を大きくとることができるとともに、サテライトピークの発生の助長を十分に抑制し、かつ隣接副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）を改善して安定な単一モード発振を得ることができる。
【００１６】
また、これとは逆に、利得導波路の長さ(La)に対する波長制御導波路の長さ(Lt)の比率(A=Lt/La)を１より小さくした場合、利得導波路に沿う回折格子の結合係数(κa)に対する波長制御領域に沿う回折格子の結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が１より大きく、かつ1/Aより小さくなるようにすることで、波長可変範囲を適切な広さにすることができるとともに、サテライトピークの発生の助長を十分に抑制し、かつ隣接副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）を改善して安定な単一モード発振を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明について、添付の図面を参照して説明する。
【００１８】
（本発明に至った経過）
以下に、波長可変範囲を拡大することに伴う問題と、それを解決するために考えられる手法と、その手法についてのシミュレーションによる検証とを説明する。
【００１９】
上記した非特許文献１において、次の（２）式が開示されている。
【００２０】
ΔλB／λB＝ΔλC／λC＝Γi・Δｎeff／ｎeff
＝Ｌt／（Ｌt＋Ｌa）・Δｎeff／ｎeff  （２）
この（２）式によれば、利得導波路の光軸方向の長さ(Ｌa)に対して波長制御導波路の光軸方向の長さ(Ｌt)を調整することで、ブラッグ波長(λB) の可変範囲(ΔλB)及び共振縦モード波長(λC)の可変範囲(ΔλC)を、即ち、レーザの発振波長の可変範囲を調整し得ることが分かる。
【００２１】
ところで、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザにおいて得られる反射スペクトルは、利得領域からの寄与と波長制御領域からの寄与とが合成されたものである。図２（ａ）、（ｂ）にその様子を示す。非特許文献１では、利得導波路及び波長制御導波路の長さが等しく、回折格子は、利得導波路に沿う部分（以下、利得用回折格子と称する。）及び波長制御導波路に沿う部分（以下、波長制御用回折格子と称する。）で同じ周期を有し、同じデューティ比を有している。
【００２２】
なお、回折格子とは屈折率が周期的に変化する構成を有するものをいい、屈折率の高い凸部と屈折率の低い凹部とが周期的に形成された回折格子層にあっては、デューティ比（凸部の光軸方向の長さ／周期）が１／２ということは、凸部及び凹部の光軸方向の長さが等しいことを意味する。
【００２３】
このような非特許文献１のＴＤＡ−ＤＦＢレーザでは、図２（ａ）に示すように、利得領域から得られる反射スペクトルと、波長制御領域から得られる反射スペクトル(図２（ａ）中のＡで示す)とは、大略同じブラッグ波長（λa＝λt）、及び同じ強度分布を有する。したがって、これらを合成したものは、図２（ｂ）のＡcに示すようになる。
【００２４】
次に、波長制御導波路の等価屈折率(ｎteff)を変化させると、その等価屈折率(ｎteff)の変化に応じて波長制御領域のブラッグ波長（λt）が変化する。即ち、波長制御領域から得られる反射スペクトルは、図２（ａ）のＢに示すように波長の短い方へ移動する。したがって、これらを合成したものは、図２（ｂ）のＢcに示すようになる。
【００２５】
そのような合成した反射スペクトルにおいて、発振波長(λB)は一般に下の式で与えられる。
【００２６】
λB＝(La・λa＋Lt・λt)/(La＋Lt)  （３）
ここで、λaは利得領域のブラッグ波長(２・ｎaeff・Λa)、λtは波長制御領域のブラッグ波長(２・ｎteff・Λt)であり、ｎaeffは利得導波路の等価屈折率、Λaは利得用回折格子の周期、ｎteffは波長制御導波路の等価屈折率、Λtは波長制御用回折格子の周期である。
【００２７】
したがって、利得導波路及び波長制御導波路の光軸方向の長さが等しい(La＝Lt)場合、波長制御導波路の等価屈折率(ｎteff)を変化させないときも変化させたときも、合成した反射スペクトルにおいて発振波長(λB)は利得領域のブラッグ波長(λa)と波長制御領域のブラッグ波長(λt)の平均値((λa＋λt)／２)となる。
【００２８】
このとき、発振モードの両側に副モードが立つが、これらの副モードは発振波長(λB)に対して対称なところに立つため、発振モードに対して対称な強度分布の反射スペクトルでは両側の副モードと発振モードの利得差を比較的大きく取れる。これにより、安定な単一発振モードを得ることができる。
【００２９】
次に、波長可変範囲を大きくするため、回折格子を図２（ａ）、（ｂ）の場合と同じにし、波長制御導波路の長さ(Lt)を利得導波路の長さ(La)よりも長くした(La＜Lt)場合、利得領域から得られる反射スペクトルと、波長制御領域から得られる反射スペクトルとは、図３（ａ）のようになる。図３（ａ）中、波長制御領域から得られる反射スペクトルにおいてＡは波長を変化させない場合を示し、Ｂは波長を変化させた場合を示す。即ち、波長制御領域から得られる反射スペクトルのピーク強度が利得領域のそれよりも大きくなる。この理由は、利得導波路の長さ(La)よりも波長制御導波路の長さ(Lt)が長い分だけ波長制御用回折格子からのフィードバック量が利得用回折格子のそれよりも大きくなることによると考えられる。
【００３０】
また、利得領域から得られる反射スペクトルと波長制御領域から得られる反射スペクトルを合成したものを図３（ｂ）に示す。図３(ｂ)中、Ａｃは波長を変化させない場合を示し、Ｂcは波長を変化させた場合を示す。図３（ｂ）によれば、合成した反射スペクトルにおいて、発振波長(λB)は上記（３）式にしたがって波長の短い方へシフトする。そのため、La＜Ltである場合には、その発振波長(λB)は利得領域のブラッグ波長(λa)と波長制御領域のブラッグ波長(λt)の平均値((λa＋λt)／２)よりも波長制御領域のブラッグ波長(λt)側にずれてくる。
【００３１】
以上のような結果から、反射スペクトルの形は発振モード(波長λB)に対して非対称になる。これに伴い、発振モードに対して短波長側、長波長側のどちらかに立つ副モードが他の側に立つ副モードよりも大きくなる。これにより、片側の副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）が小さくなるため、安定な単一モード発振が困難になる。
【００３２】
このような調査結果に基づき、波長可変範囲を調整するために一対の利得領域及び波長制御領域において利得領域の光軸方向の長さ(La)に対して波長制御領域の光軸方向の長さ(Lt)を変化させた場合に、副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）を改善するためには、反射スペクトルの対称性を改善することが重要であることがわかった。そのためには、利得領域の光軸方向の長さ(La)に対する波長制御領域の長さ(Lt)の変化量に応じて、利得用回折格子のフィードバック量に対する波長制御用回折格子のフィードバック量を調整すればよいと考えた。さらに、回折格子のフィードバック量は回折格子の結合係数と密接に関係しているので、結局、反射スペクトルの対称性を改善するためには、利得領域の光軸方向の長さ(La)に対する波長制御導波路の長さ(Lt)の変化量に応じて、利得用回折格子の結合係数(κa)に対する波長制御用回折格子の結合係数(κt)の変化量を調整することが必要であると考えた。
【００３３】
このようにすれば、反射スペクトルの対称性が改善されて発振モード(波長λB)に対してより対称に２つの副モードが立つようになり、副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）が改善され、それにより、安定な単一モード発振を得ることができると考えられる。
【００３４】
次に、利得領域の光軸方向の長さ(La)に対する波長制御導波路の長さ(Lt)の変化量に応じて、利得用回折格子の結合係数(κa)に対する波長制御用回折格子の結合係数(κt)の変化量を調整した場合、副モードの抑圧がどのようになるか、シミュレーションを行った。そのシミュレーション結果について以下に説明する。
【００３５】
図４はそのシミュレーション結果を行った結果について示すグラフである。縦軸は線形目盛で表したモード間利得差を示し、横軸は線形目盛で表した発振波長（μｍ）を示す。
【００３６】
シミュレーションは、利得領域の光軸方向の長さ(La)に対する波長制御導波路の長さ(Lt)の比が２、利得用回折格子の結合係数(κa)に対する波長制御用回折格子の結合係数(κt)の比が１／２の場合（図５中、符号Ａで示す）について、利得領域のブラッグ波長を1.550μｍとし、これに対して、波長制御領域のブラッグ波長を1.550μｍから長波長側及び短波長側にずらしていったとき、各発振波長における発振モード（発振波長）と副モード間の利得差（モード間利得差）を計算することにより行った。
【００３７】
なお、比較のため、Lt/Laが１で、κt/κaが１の場合（図中、符号Ｂで示す）と、Lt/Laが２で、κt/κaが１の場合（図４中、符号Ｃで示す）についても同様にしてシミュレーションを行った。
【００３８】
図４によれば、Lt/Laを２倍にし、かつκt/κaを調整して１／２とした場合（図４中、符号Ａで示す）には、発振波長をシフトさせたときに、Lt/Laを等倍にし、かつκt/κaも等倍にした場合（図４中、符号Ｂで示す）と同じ位の大きいモード間利得差が得られ、副モードの抑圧が有効に行われることが分った。一方、Lt/Laを２倍にしたが、κt/κaを調整せず、等倍とした場合（図４中、符号Ｃで示す）、発振波長が1.550μｍから大きくシフトしてくるにしたがってモード間利得差が小さくなり、副モードの抑圧が有効に行われなくなることが分る。
【００３９】
以上より、Lt/Laを調整して発振波長をシフトさせようとする場合に、 Lt/Laに応じて結合係数を調整することで、副モードの抑圧が有効に行われ、安定な単一モードの発振を得やすくなることが分る。
【００４０】
また、波長制御領域の回折格子の結合係数を利得領域のそれに対して小さくする場合、以下に示す範囲で調整すると回折格子の結合係数の変調によるサテライトピークの発生の助長を十分に抑制することができ、それによりサテライトピークによる単一モード性の劣化を抑制し得ることもわかった。以下に示す範囲とは、La：Lt＝１：A (A＞1)の場合、κt/κaが1/Aより大きく、かつ１より小さくなるような範囲であり、La：Lt＝１：A (A＜1)の場合、κt/κaが１より大きく、かつ1/Aより小さくなるような範囲である。
【００４１】
次に、上記の結果を実際の素子に適用するため、回折格子の結合係数(κ)と、回折格子の形状パラメータや物理定数との関係を調査した。この場合、単純な構造の回折格子を基にして、回折格子の結合係数(κ)と回折格子の形状パラメータや物理定数との関係を把握しておけば、複雑な形状の回折格子については実験などにより形状等の多少の変形として相関関係を的確に把握することができる。このような観点から、ここでは、単純な回折格子、即ち矩形状の凸部及び凹部が周期的に並んだ回折格子層につき説明する。
【００４２】
矩形状の回折格子の結合係数(κ)は次のように与えられる。
【００４３】
κ＝ｆred・π・Δｎeff／λB  （４）
ここで、ｆredは回折格子のデューティ比による結合係数の減衰パラメータ、Δｎeffは光導波路の等価屈折率差であり、それぞれ以下のように与えられる。
【００４４】
ｆred＝sin(π・Λm/Λ)  （５）
ここで、Λは回折格子の周期、Λmは回折格子層の凸部の光軸方向の長さ、Λm/Λは回折格子のデュ―ティ比である。
【００４５】
Δｎeff＝α・(ｄg1-ｄg2) ・ｎg  （６）
ここで、ｄg1は回折格子層の凸部の厚さ、ｄg2は同じく凹部の厚さ、ｎgは回折格子層の屈折率である。なお、回折格子が導波路コア層に直接形成されている構造の場合は、dg1は導波路コア層の凸部の厚さ、dg2は導波路コア層の凹部の厚さとなる。また、αは比例係数で、回折格子層と位置などで変わる。
【００４６】
これと（４）式とから、以下の結合係数が得られる。
【００４７】
κ＝ｆred・π・α・(ｄg1-ｄg2) ・ｎg／λB  （７）
以上のように、結合係数(κ)は、回折格子層の凸部の厚さと凹部の厚さとの差(ｄg1-ｄg2)、及び回折格子層の屈折率(ｎg)に比例し、さらに回折格子のデュ―ティ比(Λm/Λ)とも関係していることが分かる。
【００４８】
以下に、上記した調査の結果見出した構成を具体的にＴＤＡ−ＤＦＢレーザに適用した本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００４９】
（第１の実施形態）
図５（ａ）は、本発明の第１の実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザを示す断面図である。図５（ｂ）は、回折格子の拡大断面図である。
【００５０】
第１の実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザは、この図５（ａ）に示すように、主に、光導波路１０１と、光導波路１０１に沿って設けられた回折格子１０２とにより構成されている。
【００５１】
光導波路１０１は、利得を発生しうる利得導波路１０１ａと、電流注入によって発振波長を制御しうる波長制御導波路１０１ｂとを備え、これらが光軸方向に交互に配列されている構成を有する。なお、素子の両端面が光の出射面となっており、一方の端面から他方の端面に向かう方向が光軸方向である。
【００５２】
回折格子１０２は、屈折率の高い凸部２ａ、２ｃ及び屈折率の低い凹部２ｂ、２ｄが交互に周期的に形成された半導体層２、３からなり、利得導波路１０１ａに沿う部分を利得用回折格子１０２ａと称し、波長制御導波路１０１ｂに沿う部分を波長制御用回折格子１０２ｂと称する。
【００５３】
利得領域は、利得導波路１０１ａと、これに沿って配置された利得用回折格子１０２ａとを含み構成され、波長制御領域は、波長制御導波路１０１ｂと、これに沿って配置された波長制御用回折格子１０２ｂとを含み構成される。
【００５４】
この実施形態では、一対の利得導波路１０１ａと波長制御導波路１０１ｂは、波長制御導波路１０１ｂの長さ(Lt)が利得導波路１０１ａの長さ(La)よりも長く、その比率(A=Lt/La)が１より大きくなるように形成されている。
【００５５】
さらに、利得領域から得られる反射スペクトルと波長制御領域から得られる反射スペクトルとを合成した発振モードの反射スペクトルの対称性が改善されるように、その比率(A=Lt/La)に応じて、利得用回折格子１０２ａの結合係数(κa)に対する波長制御用回折格子１０２ｂの結合係数 (κt)を調整している。
【００５６】
この実施形態では、Lt/La比に応じて、利得用回折格子１０２ａの結合係数(κa)に対する波長制御用回折格子１０２ｂの結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が1/Aより大きく、かつ１より小さくなるように、波長制御用回折格子１０２ｂ及び利得用回折格子１０２ａのうち何れか一の或いは両方の結合係数(κa、κt)を調整する。例えば、波長制御導波路１０１ｂの長さ(Lt)を利得導波路１０１ａの長さ(La)の２倍とした場合、波長制御用回折格子１０２ｂの結合係数(κt)を利得用回折格子１０２ａの結合係数(κa)の１／２倍より大きく、１倍より小さくなるようにする。言い換えれば、Lt/Laに応じて波長制御用回折格子１０２ｂからのフィードバック量を小さくするけれども、それが利得用回折格子１０２ａからのフィードバック量よりも小さくならないような範囲に止めるものである。
【００５７】
そのため、第１の実施形態では、波長制御用回折格子層における凸部２ｃの頂上から凹部２ｄの底までの深さを利得用回折格子層におけるそれよりも浅くしている。即ち、利得用回折格子層の凸部２ａの厚さをｄg1aとし、同じく凹部２ｂの厚さをｄg2aとし、波長制御用回折格子層１０２ｂの凸部２ｃの厚さをｄg1tとし、同じく凹部２ｄの厚さをｄg2tとすると、(ｄg1t-ｄg2t)＜(ｄg1a-ｄg2a)となる範囲で、ｄg1a、ｄg2a、ｄg1t、ｄg2tを調整することにより、κt/κaが1/Aより大きく、かつ１より小さくなるようにする。
【００５８】
なお、(ｄg1t-ｄg2t)は波長制御用回折格子１０２ｂの厚さと等価であり、(ｄg1a-ｄg2a)は利得用回折格子１０２ａの厚さと等価であり、結局、(ｄg1t-ｄg2t)＜(ｄg1a-ｄg2a)は、波長制御用回折格子１０２ｂの厚さを利得用回折格子１０２ａの厚さよりも薄くすることと等価である。
【００５９】
また、全体の回折格子１０２を通して、回折格子の周期Λa、Λtは等しく、かつ回折格子のデュ―ティ比（回折格子の凸部の光軸方向の長さ／周期（Λma／Λa、Λmt／Λt）は１／２となっている。
【００６０】
さらに、図５（ａ）に示すように、回折格子層２の光軸方向の全長の中心部にλ／４シフト部を備えている。λ／４シフト部を備えることにより、一般的なＤＦＢレーザと同様に、回折格子による反射スペクトルの中心波長（ピーク：ブラッグ波長）と共振縦モード波長の一つとが一致し、中心波長で発振するようになる。これにより、より一層安定した単一モード発振が可能となる。ただし、λ／４シフト部を設けなくても、長波長側のモードと短波長側のモードの２つのモードのうち、何れか一方のモードで発振することになる。
【００６１】
以下、図５（ａ）、（ｂ）及び図６を参照して第１の実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザの具体的な構成例について説明する。
【００６２】
利得領域では、図５（ａ）に示すように、ｎ型InPからなるバッファ層（基板）１上に、ｎ型InGaAsPからなる回折格子層２と、ｎ型InPからなるバッファ層３と、バンドギャップ波長が１．５５μｍ帯の歪ＭＱＷ層がInGaAsPにより形成された活性層導波路４ａと、ｐ型InPからなるクラッド層５と、ｐ型InGaAsPからなる第１のコンタクト層６と、ｐ型InGaAsからなる第２のコンタクト層７とが下層から順に積層されている。なお、歪ＭＱＷ層は、Multiple Quantum Well:多重量子井戸層)と、ＳＣＨ層(Separate Confinement Heterostructure:分離閉じ込めヘテロ構造)とで構成される。
【００６３】
利得領域の光導波路（利得導波路）１０１ａは、バッファ層３と活性層導波路４ａとクラッド層５とで構成される。利得用回折格子１０２ａは、利得導波路１０１ａに沿う回折格子層２とバッファ層３とで構成され、屈折率の高い凸部２ａと屈折率の低い凹部２ｂとが周期的に並んでいる。
【００６４】
一方、波長制御領域では、図５（ａ）に示すように、ｎ型InPからなるバッファ層（基板）１上に、ｎ型InGaAsPからなる回折格子層２と、ｎ型InPからなるバッファ層３と、１．３８μｍ組成のInGaAsPからなるコア層（位相制御導波路）４ｂと、ｐ型InPからなるクラッド層５と、ｐ型InGaAsPからなる第１のコンタクト層６と、ｐ型InGaAsからなる第２のコンタクト層７とが下層から順に積層されている。
【００６５】
波長制御領域の光導波路（波長制御導波路）１０１ｂは、バッファ層３とコア層（位相制御導波路）４ｂとクラッド層５とで構成されている。波長制御回折格子１０２ｂは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、波長制御導波路１０１ｂに沿う回折格子層２とバッファ層３で構成され、屈折率の高い凸部２ｃと屈折率の低い凹部２ｄとが周期的に並んでいる。
【００６６】
利得導波路１０１ａと波長制御導波路１０１ｂとが交互に周期的に配置された配列の周期は凡そ９０μｍであり、利得導波路１０１ａの光軸方向の長さ（La）は凡そ３０μｍであり、波長制御導波路１０１ｂの光軸方向の長さ（Lt）は凡そ６０μｍである。即ち、Lt/Laが１より大きくなるように形成されている。素子全体の光導波路１０１は光軸方向の全長が凡そ５７０μｍである。この実施形態では、素子の両端面に利得導波路１０１ａが配置されるようにして、光出力が低下しないようにしている。
【００６７】
回折格子１０２の周期Λa、Λtは凡そ２４０ｎｍであり、回折格子層２の凸部２ａ、２ｃの光軸方向の長さΛma、Λmtは凡そ１２０ｎｍであり、凹部２ｂ、２ｄの光軸方向の長さは凡そ１２０ｎｍである。これらは、利得領域及び波長制御領域を通して同じになっている。これにより、発振波長が１．５５μｍ帯になるようにしている。
【００６８】
また、利得用回折格子層の凸部２ａの厚さ(ｄg1a)は、凡そ１００ｎｍであり、同じく凹部２ｂの厚さ(ｄg2a)は、凡そ３３ｎｍである。即ち、凸部２ａの頂上から凹部２ｂの底までの深さ(ｄg1a-ｄg2a)は凡そ６６ｎｍである。一方、波長制御用回折格子層の凸部２ｃの厚さ(ｄg1t)は、凡そ１００ｎｍであり、同じく凹部２ｄの厚さ(ｄg2t)は、凡そ３３ｎｍである。即ち、凸部２ｃの頂上から凹部２ｄの底までの深さ(ｄg1t-ｄg2t)は、凡そ６６ｎｍである。
【００６９】
さらに、回折格子層２の光軸方向の全長の中心部にλ／４シフト部を備えている。
【００７０】
また、図５（ａ）に示すように、基板１の裏面には共通のＮ側電極（共通電極）８が形成され、利得領域と波長制御領域の第２のコンタクト層７の表面にはそれぞれ、相互に分離されたＰ側電極９ａ、９ｂが形成されている。両Ｐ側電極９ａ、９ｂは、図６に示すように、対向して配置されたくし型電極を構成する。利得領域のＰ側電極（利得電極）９ａは、利得領域の電極と、この利得領域の電極同士を接続する接続部とで構成され、波長制御領域のＰ側電極（波長制御電極）９ｂは、波長制御領域の電極と、この波長制御領域の電極同士を接続する接続部とで構成される。波長制御領域のＰ側電極９ｂに流す電流を調整することにより、波長制御導波路１０１ｂの等価屈折率(ｎteff)を変化させて、発振モードの波長（λB）を調整することができるようになっている。
【００７１】
次に、図５（ａ）、（ｂ）及び図６を参照して上記ＴＤＡ−ＤＦＢレーザの製造方法について説明する。
【００７２】
ｎ型InP基板１上に、回折格子層２となる膜厚凡そ１００ｎｍのInGaAsP膜を堆積する。
【００７３】
次に、InGaAsP膜上にレジスト膜を形成し、干渉露光法又は電子ビーム露光法などにより、InGaAsP膜全体にわたってレジスト膜に回折格子の潜像を形成する。続いて、レジスト膜を現像し、回折格子用マスクを形成する。回折格子用マスクは光軸方向の長さ１２０ｎｍ、光軸方向に交差する方向の幅凡そ１００μｍの短冊状のレジスト膜が間隔凡そ１２０ｎｍをおいて光軸方向に繰り返し配置された構成を有する。
【００７４】
次いで、この回折格子用マスクに基づき、InGaAsP膜全体にわたってエッチングし、深さ凡そ３３ｎｍの波長制御用回折格子層の凹部２ｄを形成する。
【００７５】
次に、波長制御領域を新たなレジストマスクで覆った後、このレジストマスク及び回折格子用マスクに基づき、InGaAsP膜をエッチングし、深さ凡そ６６ｎｍの利得用回折格子層の凹部２ｂを形成する。これにより、利得用回折格子層と波長制御用回折格子層とが交互に周期的に配置された回折格子層２が形成される。
【００７６】
次いで、レジストマスク及び回折格子用マスクを除去した後、回折格子層２の上にバッファ層３となる膜厚数百ｎｍのｎ型InP膜を堆積する。これにより、回折格子層２の凹部２ｂ、２ｄにバッファ層３の一部が埋め込まれて、屈折率が周期的に変化する利得用回折格子１０２ａ及び波長制御用回折格子１０２ｂが形成される。
【００７７】
次に、バンドギャップ波長が１．５５μｍ帯の歪ＭＱＷ層を有する活性層導波路４ａをInGaAsPにより形成する。なお、歪ＭＱＷ層は上記説明した構造を有する。
【００７８】
次いで、活性層導波路４ａをパターニングし、光軸方向に延びるような帯状に残す。さらに、帯状の活性層導波路４ａをパターニングして、両端面に凡そ３０μｍの活性層導波路４ａを残すとともに、それらの間に凡そ６０μｍの間隔をおいて凡そ３０μｍの長さで光軸方向に一列に並ぶように活性層導波路４ａを残す。
【００７９】
次に、活性層導波路４ａの除去跡に波長制御導波路１０１ｂのコア層４ｂとなるInGaAsP膜を埋め込む。これにより、光軸方向の長さ凡そ３０μｍの利得領域の活性層導波路４ａと、光軸方向の長さ凡そ６０μｍの波長制御領域のコア層４ｂとが光軸方向に交互に配置された構造が形成される。
【００８０】
次いで、活性層導波路４ａ及びコア層４ｂの上に、ｐ型InPからなるクラッド層５と、ｐ型InGaAsPからなる第１のコンタクト層６と、ｐ型InGaAsからなる第２のコンタクト層７とを下層から順に堆積する。
【００８１】
次に、基板１裏面にAuGe/Au膜を形成し、Ｎ側電極（共通電極）８を形成する。
【００８２】
次いで、コンタクト層７の表面にTi/Pt/Au膜を形成した後、パターニングし、Ｐ側電極９ａ、９ｂを形成する。Ｐ側電極９ａ、９ｂは、上記した対向するくし型電極で構成される。
【００８３】
以上のようにして、第１実施例の波長可変レーザの主な構造が完成する。
【００８４】
以上のように、第１の実施形態によれば、波長制御導波路１０１ｂの光軸方向の長さ(Lt)を利得導波路１０１ａの光軸方向の長さ(La)よりも長くしているので、波長可変範囲を大きくとることができる。
【００８５】
しかも、Lt/Laに応じて、波長制御用回折格子１０２ｂからのフィードバック量を、利得用回折格子１０２ａからのフィードバック量より小さくならないような範囲内で、小さくしている。これにより、発振モードの反射スペクトルの対称性が改善されて、発振モードに対して副モードがより対称に立つようになる。したがって、副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）が改善され、これにより、安定な単一モード発振を得ることができる。
【００８６】
（第２の実施形態）
図７（ａ）は、本発明の第２の実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザを示す断面図である。図７（ｂ）は、回折格子の拡大断面図である。
【００８７】
第２の実施形態において、第１の実施の形態と異なるところは、一対の利得導波路１０３ａと波長制御導波路１０３ｂにおいて、波長制御導波路１０３ｂの長さ(Lt)を利得導波路１０３ａの長さ(La)よりも短くし、その比率(A=Lt/La)が１より小さくなるように形成されている点である。
【００８８】
さらに、発振モードの反射スペクトルの対称性が改善されるように、比率(A=Lt/La)に応じて、利得用回折格子１０４ａの結合係数(κa)に対する波長制御用回折格子１０４ｂの結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が１より大きく、かつ1/Aより小さくなるように、波長制御用回折格子１０４ｂ及び利得用回折格子１０４ａのうち何れか一の或いは両方の結合係数(κa、κt)を調整している点である。言い換えれば、Lt/Laに応じて、波長制御用回折格子１０４ｂからのフィードバック量が大きくなるように、かつ波長制御用回折格子１０４ｂからのフィードバック量が利得用回折格子１０４ａからのフィードバック量よりも大きくならないような範囲で、結合係数(κa、κt)を調整している点である。
【００８９】
これを達成するために、この実施の形態では、第１の実施形態とは逆に、(ｄg1a-ｄg2a)＜(ｄg1t-ｄg2t)となる範囲で、(ｄg1a-ｄg2a)、(ｄg1t-ｄg2t)のうち少なくとも何れか一或いは両方を調整する。
【００９０】
以下、図７（ａ）、（ｂ）を参照して第２実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザの具体的な構成例について説明する。
【００９１】
第２実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザにおいて、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、一つの利得導波路１０３ａの光軸方向の長さ（La）は凡そ６０μｍであり、一つの波長制御導波路１０３ｂの光軸方向の長さ（Lt）は凡そ３０μｍである。即ち、Lt/Laが１より小さくなるように形成されている。
【００９２】
なお、図７（ａ）中、１１ａは図５（ａ）と同じ構成の活性層導波路を示し、１１ｂは図５（ａ）と同じ構成のコア層を示す。利得導波路１０３ａは、バッファ層３と活性層導波路１１ａとクラッド層５とで構成され、波長制御導波路１０３ｂはバッファ層３とコア層１１ａとクラッド層５とで構成される。
【００９３】
さらに、利得用回折格子層の凸部１０ａの厚さ(ｄg1a)は、凡そ１００ｎｍであり、同じく凹部１０ｂの厚さ(ｄg2a)は、凡そ３３ｎｍである。したがって、凸部１０ａの頂上から凹部１０ｂの底までの深さ(ｄg1a-ｄg2a)は、凡そ６６ｎｍである。
【００９４】
一方、波長制御用回折格子層の凸部１０ｃの厚さ(ｄg1t)は、１００ｎｍであり、同じく凹部１０ｄの厚さ(ｄg2t)は、凡そ６６ｎｍである。したがって、凸部１０ｃの頂上から凹部１０ｄの底までの深さ(ｄg1t-ｄg2t)は、凡そ３３ｎｍである。
【００９５】
なお、利得用回折格子１０４ａは、利得導波路１０３ａに沿う回折格子層１０とバッファ層３とで構成され、波長制御用回折格子層１０４ｂは、波長制御導波路１０３ｂに沿う回折格子層１０とバッファ層３とで構成される。
【００９６】
上記の構成のＴＤＡ−ＤＦＢレーザは、第１実施例の工程を上記寸法に適合するように変更することを除き、第１実施例と同じような工程を経て作製することができる。
【００９７】
以上のように、第２の実施形態によれば、Lt/Laに応じて、制御用回折格子１０４ｂからのフィードバック量が利得用回折格子１０４ａからのフィードバック量よりも大きくならないような範囲で、波長制御用回折格子１０４ｂからのフィードバック量を大きくしているため、発振モードの反射スペクトルの対称性が改善される。これにより、副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）を大きくとることができるので、安定な単一モード発振を得ることができる。
【００９８】
なお、第２の実施形態によれば、波長制御導波路１０３ｂの光軸方向の長さを利得導波路１０３ａの光軸方向の長さよりも短くしているので、波長可変範囲は狭くなるけれども、波長可変レーザに適切な波長可変範囲を付与することができる。
【００９９】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザを示す模式図である。
【０１００】
第３の実施形態においては、回折格子は高い屈折率を持つ半導体層１２ａ、１２ｃが低い屈折率を持つ半導体層１２ｂ、１２ｄを挟んで相互に間隔を置いて周期的に配列されてなり、利得導波路の光軸方向の長さ(La)に対する波長制御導波路の光軸方向の長さ(Lt)の比(A=Lt/La)に応じて、回折格子の結合係数(κa、κt)を調整するために、波長制御用回折格子１０５ｂでの高い屈折率を持つ半導体層の厚さ（dg1t）を、利得用回折格子１０５ａでのそれ（dg1a）と異ならせている。
【０１０１】
その他の構成は第１の実施形態と同じになっている。
【０１０２】
利得導波路と波長制御導波路は、第１の実施形態にしたがって、波長制御導波路の長さ(Lt)が利得導波路の長さ(La)よりも長く、即ち、その比率(A=Lt/La)が１より大きくなるように形成されている。
【０１０３】
この場合、発振モードの反射スペクトルの対称性が改善されるように、Lt/La比に応じて、利得用回折格子１０５ａの結合係数(κa)に対する波長制御用回折格子１０５ｂの結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が1/Aより大きく、かつ１より小さくなるように、波長制御用回折格子１０５ｂ及び利得用回折格子１０５ａのうち何れか一の或いは両方の結合係数(κa、κt)を調整する。
【０１０４】
それを達成するために、第３の実施形態においては、回折格子の厚さを調整するのであるが、高い屈折率を持つ半導体層１２ａ、１２ｃを、第１の実施形態でいう凸部２ａ、２ｃに対応させ、相互の間隔１２ｂ、１２ｄを、同じく凹部２ｂ、２ｄの厚さｄg2a＝ｄg2t＝０としたときの凹部２ｂ、２ｄに対応させると、第１の実施形態の構成と等価になる。このため、具体的には、利得用回折格子層１２ａの厚さ（ｄg1a）に対して波長制御用回折格子層１２ｂの厚さ（dg1t）が薄くなる（ｄg1t＜ｄg1a）ような範囲でｄg1t或いはｄg1aを調整する。
【０１０５】
以下、図８を参照して第３の実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザの具体的な構成例について説明する。
【０１０６】
第３の実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザにおいては、図８に示すように、利得用回折格子１０５ａの高い屈折率を持つ半導体層１２ａの厚さ（ｄg1a）が凡そ１００ｎｍであり、波長制御用回折格子１０５ｂの高い屈折率を持つ半導体層１２ｃの厚さ（ｄg1t）が凡そ５０ｎｍである。選択成長などの技術を用いて利得導波路部と波長制御導波路部の高い屈折率を持つ半導体層の厚さを変化させる。
【０１０７】
また、高い屈折率を持つ半導体層の光軸方向の長さ(Λma、Λmt)は凡そ１２０ｎｍ、高い屈折率を持つ半導体層間の相互の間隔は凡そ１２０ｎｍとなっている。したがって、回折格子の周期Λa、Λtは凡そ２４０ｎｍであり、デューティ比Λma/Λa、Λmt/Λtは１／２である。
【０１０８】
また、利得導波路の光軸方向の長さ(La)は凡そ３０μｍ、波長制御導波路の光軸方向の長さ(Lt)は凡そ６０μｍである。したがって、その周期は凡そ９０μｍである。
【０１０９】
その他の構成は、第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。
【０１１０】
次に、図５（ａ）、（ｂ）、及び図８を参照して上記ＴＤＡ−ＤＦＢレーザの製造方法、主に回折格子の作製方法について説明する。
【０１１１】
ｎ型InP基板１上に、回折格子層１２となるInGaAsP膜を堆積する。この際、選択成長などの技術を用いて、利得導波路部の回折格子層は厚さ１００ｎｍ、波長制御導波路部の回折格子層の厚さを５０ｎｍとする。
【０１１２】
次いで、レジスト膜を形成した後、レジスト膜に対して干渉露光法又は電子ビーム露光法などにより露光し、InGaAsP膜全体にわたってレジスト膜に回折格子の潜像を形成する。続いて、レジスト膜を現像し、回折格子用マスクを形成する。この回折格子用マスクでは、上記した高い屈折率を持つ半導体層１２ａ、１２ｃの光軸方向の長さ(Λma、Λmt)に相当する同じ寸法の短冊状のレジスト膜が間隔をおいて光軸方向に繰り返し配置されている。
【０１１３】
次いで、この回折格子用マスクに基づき、InGaAsP膜全体にわたってエッチングし、回折格子用マスクで覆われていない領域のInGaAsP膜を完全に除去する。
【０１１４】
これにより、波長制御領域では膜厚凡そ５０ｎｍのInGaAsP膜が回折格子層１２として形成され、利得領域では膜厚凡そ１００ｎｍのInGaAsP膜が回折格子層１２として形成される。
【０１１５】
次に、レジスト膜を除去した後、回折格子層１２の上にバッファ層３となる膜厚凡そ数百ｎｍのｎ型InP膜を堆積する。これにより、回折格子層１２の凹部１２ｂ、１２ｄにバッファ層３の一部が埋め込まれて、屈折率が周期的に変化する利得用回折格子１０５ａ及び波長制御用回折格子１０５ｂが形成される。
【０１１６】
以下、第１実施例と同様にして、バッファ層３の上に、活性層導波路４ａ及びコア層４ｂと、ｐ型InPからなるクラッド層５と、ｐ型InGaAsPからなるコンタクト層６と、ｐ型InGaAsからなるコンタクト層７とを堆積する。次いで、Ｎ側電極８、Ｐ側電極９ａ、９ｂとを形成する。
【０１１７】
以上のようにして、第３実施例の波長可変レーザの主な構造が完成する。
【０１１８】
以上のような第３の実施形態によれば、波長制御導波路の長さ(Lt)が利得導波路の長さ(La)よりも長くなるように形成された一対の利得導波路と波長制御導波路において、利得用回折格子１０５ａの結合係数(κa)に対する波長制御用回折格子１０５ｂの結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が1/Aより大きく、かつ１より小さくなるように、回折格子の厚さdg1a，dg1tを調整している。
【０１１９】
これにより、Lt/Laに応じて、波長制御用回折格子１０５ｂからのフィードバック量が利得用回折格子１０５ａからのフィードバック量よりも小さくならないような範囲で、波長制御用回折格子１０５ｂからのフィードバック量を小さくすることができるため、発振モードの反射スペクトルの対称性が改善され、発振モードに対して副モードがより対称に立つようになる。したがって、副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）を大きくとることができ、それにより、安定な単一モード発振を得ることができる。
【０１２０】
なお、この実施形態において、第２の実施形態のように、一対の利得導波路と波長制御導波路が、波長制御導波路の長さ(Lt)を利得導波路の長さ(La)よりも短くし、その比率(A=Lt/La)が１より小さくなるように形成されてもよい。この場合、回折格子の結合係数の比率(B=κt/κa)が１より大きく、かつ1/Aより小さくなるように、ｄg1a＜ｄg1tの範囲で、高い屈折率を持つ半導体層の厚さ(ｄg1a、ｄg1t)を調整する。
【０１２１】
（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザを示す模式図である。
【０１２２】
第４の実施形態において、第１の実施形態と異なるところは、利得導波路の光軸方向の長さ(La)に対する波長制御導波路の光軸方向の長さ(Lt)の比に応じて、回折格子の結合係数(κa、κt)を調整するため、利得用回折格子１０６ａと波長制御用回折格子１０６ｂとで、回折格子のデューティ比（凸部の光軸方向の長さΛma、Λmt／周期Λa、Λt）を異ならせている点である。他の構成は、第１の実施形態と同じである。
【０１２３】
この場合、回折格子のデューティ比を調整するのであるが、第１の実施形態では、一対の利得導波路と波長制御導波路は、波長制御導波路の長さ(Lt)が利得導波路の長さ(La)よりも長く、その比率(A=Lt/La)が１より大きくなるように形成されている。このため、具体的には、発振モードの反射スペクトルの対称性が改善されるように、Lt/La比に応じて、利得用回折格子１０６ａの結合係数(κa)に対する波長制御用回折格子１０６ｂの結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が1/Aより大きく、かつ１より小さくなるように、回折格子のデューティ比(Λma／Λa、Λmt／Λt)を調整する。これに該当する回折格子のデューティ比の調整範囲は、利得用回折格子１０６ａのデューティ比Λma／Λaに対して波長制御用回折格子１０６ｂのデューティ比Λmt／Λtが小さくなるような範囲である。
【０１２４】
なお、第４の実施形態では、第１の実施形態と同じく、全体の回折格子を通して、回折格子の周期Λa、Λt、及び凸部１３ａ、１３ｃの頂上から凹部１３ｂ、１３ｄの底までの深さ((ｄg1a-ｄg2a)、(ｄg1t-ｄg2t))は等しくなっている。
【０１２５】
以下、図９を参照して第４の実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザの具体的な構成例について説明する。
【０１２６】
第４の実施形態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザにおいては、図９に示すように、利得用回折格子１０６ａにおいて、凸部１３ａの光軸方向の長さΛmaが凡そ１２０ｎｍであり、凹部１３ｂの光軸方向の長さが凡そ１２０ｎｍであり、したがって、デューティ比Λma／Λaが凡そ１／２となっている。
【０１２７】
一方、波長制御用回折格子１０６ｂにおいて、凸部１３ｃの光軸方向の長さΛmtが凡そ６０ｎｍであり、凹部１０６ｄの光軸方向の長さが凡そ１８０ｎｍであり、したがって、デューティ比Λmt／Λtが凡そ０．２５となっている。
【０１２８】
次に、図５（ａ）、（ｂ）及び図９を参照して上記ＴＤＡ−ＤＦＢレーザの製造方法、主に回折格子の作製方法について説明する。
【０１２９】
ｎ型InP基板１上に、回折格子層１３となる膜厚凡そ１００ｎｍのInGaAsP膜を堆積する。
【０１３０】
次に、レジスト膜を形成し、電子ビーム露光法などにより、InGaAsP膜全体にわたってレジスト膜に回折格子の潜像を形成する。この潜像は、利得領域において長さ凡そ１２０ｎｍ、幅凡そ１００μｍの露光光照射領域が間隔を置いて繰り返し形成され、波長制御領域において長さ凡そ６０ｎｍ、幅凡そ１００μｍの露光光照射領域が間隔を置いて繰り返し形成されている。以上のようなマスクパターンの太さの変化は例えば電子ビームの露光量の調整などで行う。
【０１３１】
次いで、この回折格子用マスクに基づき、InGaAsP膜全体にわたってエッチングし、深さ凡そ５０ｎｍの凹部１３ｂ、１３ｄを形成する。
【０１３２】
次に、回折格子層１３の上にバッファ層３となる膜厚凡そ数百ｎｍのｎ型InP膜を堆積する。これにより、回折格子層１３の凹部１３ｂ、１３ｄにバッファ層３の一部が埋め込まれて、屈折率が周期的に変化する利得用回折格子１０６ａ及び波長制御用回折格子１０６ｂが形成される。
【０１３３】
以下、第１実施例と同様にして、バッファ層３の上に、活性層導波路４ａ及びコア層４ｂと、ｐ型InPからなるクラッド層５と、ｐ型InGaAsPからなるコンタクト層６と、ｐ型InGaAsからなるコンタクト層７とを堆積する。次いで、Ｎ側電極８、Ｐ側電極９ａ、９ｂとを形成する。以上のようにして、第４実施例の波長可変レーザの主な構造が完成する。
【０１３４】
以上のように、第４の実施形態によれば、波長制御導波路の長さ(Lt)が利得導波路の長さ(La)よりも長くなるように形成された一対の利得導波路と波長制御導波路において、利得用回折格子１０６ａの結合係数(κa)に対する波長制御用回折格子１０６ｂの結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が1/Aより大きく、かつ１より小さくなるように、利得用回折格子１０６ａのデューティ比Λma／Λaに対して波長制御用回折格子１０６ｂのデューティ比Λmt／Λtが小さくなるような範囲で回折格子のデューティ比を調整している。
【０１３５】
これにより、Lt/Laに応じて、波長制御用回折格子１０６ｂからのフィードバック量が利得用回折格子１０６ａからのフィードバック量より小さくならないような範囲で、波長制御用回折格子１０６ｂからのフィードバック量を小さくすることができるため、発振モードの反射スペクトルの対称性が改善されて、発振モードに対して副モードがより対称に立つようになる。したがって、副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）が改善され、それにより、安定な単一モード発振を得ることができる。
【０１３６】
なお、この実施形態において、第２の実施形態のように、一対の利得導波路と波長制御導波路において、波長制御導波路の長さ(Lt)を利得導波路の長さ(La)よりも短くし、その比率(A=Lt/La)が１より小さくなるように形成されてもよい。
【０１３７】
また、回折格子のデューティ比Λma／Λa、Λmt／Λtを調整する一方で、波長制御用回折格子１０６ｂと利得用回折格子１０６ａとで、凸部１３ａ、１３ｃの頂上から凹部１３ｂ、１３ｄの底までの深さ(ｄg1a-ｄg2a)、(ｄg1t-ｄg2t)を等しくしているが、回折格子のデューティ比Λma／Λa、Λmt／Λtを調整するとともに、凸部１３ａ、１３ｃの頂上から凹部１３ｂ、１３ｄの底までの深さ(ｄg1a-ｄg2a)、(ｄg1t-ｄg2t)、或いは第３の実施形態にいう回折格子の厚さｄg1a、ｄg1tを調整してもよい。
【０１３８】
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。
【０１３９】
（付記１）光軸方向に交互に配置された、利得を発生しうる利得導波路と電流注入によって発振波長を制御しうる波長制御導波路とを有する光導波路と、
前記光導波路の全長にわたって前記光導波路に沿って設けられた回折格子とを備え、
一対の前記利得導波路及び波長制御導波路において、それらの光軸方向の長さが相互に異なり、かつ前記光軸方向の長さに応じて、対応する前記回折格子の結合係数が調整されていることを特徴とする波長可変レーザ。
【０１４０】
（付記２）前記利得導波路の長さ(La)に対する前記波長制御導波路の長さ(Lt)の比率(A=Lt/La)が１より大きく、かつ、前記利得導波路に沿う回折格子の結合係数(κa)に対する前記波長制御領域に沿う回折格子の結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が1/Aより大きく、かつ１より小さいことを特徴とする付記１に記載の波長可変レーザ。
【０１４１】
（付記３）前記利得導波路の長さ(La)に対する前記波長制御導波路の長さ(Lt)の比率(A=Lt/La)が１より小さく、かつ、前記利得導波路に沿う回折格子の結合係数(κa)に対する前記波長制御導波路に沿う回折格子の結合係数(κt)の比率(B=κt/κa)が１より大きく、かつ1/Aより小さいことを特徴とする付記１に記載の波長可変レーザ。
【０１４２】
（付記４）前記利得導波路に沿う部分と前記波長制御導波路に沿う部分とで、前記回折格子の深さが異なることを特徴とする請求項１又は２の何れか一に記載の波長可変レーザ。
【０１４３】
（付記５）前記利得導波路に沿う部分と前記波長制御導波路に沿う部分とで、前記回折格子層の厚さが異なることを特徴とする請求項１又は２の何れか一に記載の波長可変レーザ。
【０１４４】
（付記６）前記利得導波路に沿う部分と前記波長制御導波路に沿う部分とで、前記回折格子のデューティ比が異なることを特徴とする請求項１又は２の何れか一に記載の波長可変レーザ。
【０１４５】
（付記７）前記回折格子は光軸方向の中心位置にλ／４位相シフト部を備えていることを特徴とする付記１乃至６の何れか一に記載の波長可変レーザ。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】従来のレーザアレイ集積型の波長可変レーザの一例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、従来の波長可変レーザの利得領域及び波長制御領域それぞれにおける反射スペクトルの特性を示すグラフであり、（ｂ）はそれらが合成された発振モードの反射スペクトルの特性を示すグラフである。
【図３】（ａ）は、従来の波長可変レーザの利得領域及び波長制御領域それぞれにおける反射スペクトルの特性を示すグラフであり、（ｂ）はそれらが合成された発振モードの反射スペクトルの特性を示すグラフである。
【図４】本発明の波長可変レーザにおけるモード間利得差の特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、本発明の第１の実施形態の波長可変レーザを示す断面図であり、（ｂ）は、回折格子の部分を拡大した断面図である。
【図６】図５の波長可変レーザのＰ側電極を示す平面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第２の実施形態の波長可変レーザを示す断面図であり、（ｂ）は、回折格子の部分を拡大した断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の波長可変レーザに用いられる回折格子の断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の波長可変レーザに用いられる回折格子の断面図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１…基板、
２、１０、１３…回折格子層、
２ａ、１０ａ、１０ｃ、１３ａ、１３ｃ…凸部、
２ｂ、１０ｂ、１０ｄ、１３ｂ、１３ｄ…凹部、
３…バッファ層、
４ａ、１１ａ…活性層導波路、
４ｂ、１１ｂ…コア層（位相制御導波路）、
５…クラッド層、
６…第１のコンタクト層、
７…第２のコンタクト層、
８…Ｎ側電極、
９ａ…Ｐ側電極（利得電極）、
９ｂ…Ｐ側電極（波長制御電極）
１２ａ、１２ｃ…高い屈折率をもつ半導体層、
１２ｂ、１２ｄ…低い屈折率をもつ半導体層、
１０１、１０３…光導波路、
１０１ａ、１０３ａ…利得導波路、
１０１ｂ、１０３ｂ…波長制御導波路、
１０２、１０４…回折格子、
１０２ａ、１０４ａ、１０５ａ、１０６ａ…利得用回折格子、
１０２ｂ、１０４ｂ、１０５ｂ、１０６ｂ…波長制御用回折格子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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